印刷智能工厂基础软件构成及相互协同

企业拥有一个“强健的体魄”可以提高竞争力，而建设智能工厂是企业“强身健体”的一种有效途径。针对行业智能化发展不均衡的问题，本文分析了印刷智能工厂基础软件的构成以及如何相互协同提高效率。

北京悟略科技有限公司董事长兼总经理陈俊江

本轮印刷智能工厂建设背景与特点

当前，在外需和内需双重萎缩的背景下，印刷行业呈现出订单严重不足的局面。开工不足、产能过剩使得企业间竞争加剧，导致价格下跌。量价齐跌引发的后果就是企业收入下降，使得很多企业利润下降甚至生存受到威胁，降低成本成为企业目前最为关注的问题之一。

在纸张价格大幅下滑的情况下，如何降低人工成本成为行业的关注点。印刷企一般都采取计件工资，订单不足，工人的收入也就很难得到保证，导致行业人员流动性增大，生产人员的招聘和稳定性也成为企业管理者越来越头痛的问题。

面对激烈的市场竞争，印刷企业在如此“内卷”的压力背景下，如何“强身健体”显然是非常重要的。企业拥有一个“强健的体魄”可以提高竞争力，而建设智能工厂是企业“强身健体”的一种有效途径。

1. 本轮印刷智能工厂建设的核心是机器换人

企业是很现实的，眼前需要解决的问题是什么，投资就会流向相应的方向。如近几年码垛机器人在印刷企业生产上下料环节发展迅速，这主要是由于印刷企业生产设备本身的自动化、数字化程度比较高，同时由于印刷属于离散式制造业，在各工序的上下料环节使用了大量人工，人从事着非常简单的劳动，适合用机器做替代。AGV（自动搬运小车）和立体仓库实现物料搬运和仓储的去人化，是印刷行业当下建设智能工厂的另一个主题。而对于软件的基本需求，其实是辅助上面提到的自动化，即通过软件让自动化更加自动化。

2. 软件辅助自动化设备，要避免两种极端

在建设智能工厂的过程中，软件应用方面要避免走两种极端。

一种是疯狂上设备，对软件毫不关注。如有一家印刷企业计划用几千万元投资印刷设备和立体仓库，其设计的智能工厂是如何完成AGV 自动搬运的？在机台旁边安排2 个库位，每个库位立 1 个杆子，通过在杆子上装按钮的方式人工控制 AGV 运行。机台人员按哪个库位的按钮，AGV 就将物料配送到哪个库位，完全靠人工硬性指挥 AGV 的搬运。这就是一种完全不考虑软件的方式。经过沟通后，该企业最终确定将 ERP & MES 软件和自动物流厂商的 WMS 做全面对接，通过软件控制 AGV 实现自动搬运，效率显著提升。

另一种极端现象是，企业以前不关注软件的应用，但现在开始过度关注软件了，如很多单体印刷企业非常关注数据中台、工业互联网等。事实上，除了多工厂多业态的集团化企业，绝大多数印刷企业暂时还用不上。造成这种现场的原因往往是与一些软件厂商尤其是行业外的软件厂商炒作概念有关。所中台技术都与企业里有多少异构系统有关。比如企业里 ERP、MES 使用了北京悟略科技有限公司（以下简称“悟略科技”）的产品，财务使用了用友或金蝶的系统，还有单独的 OA 系统，基于不同厂家的不同系统越多，异构系统就越多。我们可以想象，企业内部的数据中台、业务中台、技术中台，背景几乎全是由企业组织规模的复杂程度、业态的复杂程度以及异构系统的复杂程度带来的。

智能工厂基础软件构成与相互协同

1. 一般智能工厂的架构

图 1 GB/T 4064-2021 智能制造系统架构

当前，印刷行业智能化发展非常 不 均 衡。 图 1 和 图 2 所 示 为 标准定义下的智能工厂构架，对于这些内容国内有部分印刷企业已经研究通透，走在了行业前列。但业内的大多数企业，对此可能还只是初步了解。近年来，悟略科技也参与了数个印刷行业智能化相关标准的制定。

将图 1 和图 2 的智能工厂架构图进行简化就形成了图 3 所示的智能工厂基本架构。可以看到最下面是设备层，包括码垛机器人、AGV、立体仓库等。跟这些设备打交道的软件，主要是数据采集相关的软件、控制 AGV 的软件（RCS）和控制立体仓库的软件（WCS）等，往往都由硬件厂商来提供。再往上一层就是跟车间作业关系密切的软件， 如 APS， 当 然 APS 也 不 仅 仅是在车间层面，我们所做的划分并不是非常严谨；还有 MES、车间执行软件（WIP）以及仓储管理软件（WMS），与 ERP 管理库存不同，WMS 有非常强的执行属性。可以说，WMS 和 MES 其实更多的表现是其执行属性更强。往上一层有 ERP、PLM（PDM）、CRM 和 SRM 等，我们称之为业务计划层，实际上我们也可以将其称作工厂级软件；再往上是数据中台、业务中台、BI（商业智能），可以对整个工厂软件体系进行统一管理。

2. 基础软件各自职责及其之间的相互协同

图 4 基础软件各自职责及其之间的相互协同

图 4 呈现出了基础软件各自职责及其之间的相互协同，更重要的是简要说明了软件到底如何去指挥AGV、如何去对接立体仓库。在工厂里，通过 ERP 打通数据链，利用针对产品工艺数据描述的PLM 或 PDM 系统，就能够分解出生产任务的作业队列；生产任务队列通过 APS 进行排产，之后生成作业计划交给 MES 执行；在执行的过程中，MES 会涉及到数据采集，如MES 加上上下料需求信号就会生成生产作业对物料的需求，需求信号如果交给在制品管理系统（WIP），就会生成在制品搬运任务交给 AGV的 控 制 系 统（RCS）， 最 终 驱 动AGV 进行搬运。

立体仓库也一样。如果生产系统直接从立体仓库里取原材料的话， 就 可 以 通 过 ERP 与 立 体 仓 库厂商的 WMS 对接，由立体仓库的WCS 去执行出入仓任务。

很多人会问，是 APS 指挥 AGV小车吗？ APS 其实并不直接指挥AGV 小车，APS 在这个环节也不是必要的。因此通过人工进行排产，后续也同样可以通过 MES、WIP、WMS 等软件系统控制 AGV 小车。

那 么， 我 们 要 上 立 体 仓 库 和AGV，到底需要哪些软件驱动？其实，并没有特别复杂，有最基本的3 个软件就够了，即 ERP、MES 和WMS。只不过往往企业正在应用的ERP、MES 不 一 定 能 直 接 跟 WMS进行对接，需要做一些功能上的扩展或升级，如要完成对所有物料的打码，同时还要生成对物料搬运的需求列表。

3. 任务颗粒度及其主要软件的对应关系

表 1 从另外一个维度说明了生产管理软件的颗粒度和对象。一般情况下，我们可以看到 ERP 系统里跑的是单据，就是说 ERP 管理的颗粒度是单据。但 MES 里如果只有单据肯定不够。单据是我们人去工作的依据，按单干活。MES 是给每一台设备发送要执行的作业任务，就是要把生产工单分解到设备生产执行的每一条作业，如悟略科技的ERP & MES 一体化系统，都包含了作业分解这一最基本的功能。现在很多印刷企业都在探索自动物流，如立体仓库、AGV 等，就是要管到物料的最基本单元，即大家常说的托盘、卷。要做到这一点可以通过ERP 以单据的形式与 WMS 对接，也可以在 ERP 系统里按照卷管理，进行赋码后再交给 WMS。

印刷企业如何搭建智能工厂软件体系

企业如何搭建自己的软件系统？具体来讲，立体仓库、AGV 的厂家有自己的软件，原来工厂里有用友、金蝶以及行业的 ERP 系统，到底哪些软件要请原来的软件厂商去完成，哪些可以用立体仓库和AGV 厂商提供的软件呢？表 2 给出了一个大致的建议。

如 果 立 体 仓 库 和 AGV 应 用 同一个厂家的，相对比较稳定的方案就是 WMS 都采用硬件厂家的，用企业现有的 ERP 和 MES 去对接WMS。当然，正如前文提到的，企业现有的 ERP 和 MES 不见得能够实现与 WMS 对接，可能需要做功能扩展和升级，甚至需要做比较大的功能调整。这取决于企业原有的ERP、MES 的完善程度。

如果立体仓库和 AGV 不是同一厂家，建议立体仓库厂家 WMS 只负责立体仓库，车间在制品搬运的WMS 可以灵活选用，如可以选择企业原有 ERP、MES 厂家做研发。

如果只有 AGV 应用，也是一种很灵活的状态，可以用 AGV 厂家提供的 WMS，也可以由原来的 ERP、MES 厂商提供。我们建议除了立体仓库对接 WMS 之外，其他软件应用行业软件商提供的软件，这样会更容易实现稳定集成，避免了不同软件厂商之间的接口开发工作，使用成本也会更加低廉。

悟略科技致力于推动印刷行业智能化发展

悟略科技于 2013 年由北京北大方正电子有限公司印刷 ERP 事业部改制成立，团队业务传承可追溯至 1998 年，是中国印刷业信息化领域名副其实的拓荒者。经过 24年的产品研发和实施经验积累，在软件产品的成熟度、实施落地能力等方面均处于行业领先地位。

2021 年，悟略科技与凌云光集团结成战略合作伙伴，携手推出印刷智能工厂（SmartFAB）解决方案，为印刷企业提供涵盖 ERP & MES 等软件系统及 AGV 配送、智能检测、立 体 仓 库 等 在 内 的 全 系 列 产 品。2022 年，悟略科技与北京印刷学院成立印刷智能工程联合实验室，凝聚产学研力量，开展智能化应用研发。作为中国印刷智能制造产业联盟副理事长单位，悟略科技积极参与了一本图书智能制造测试线及按需印刷智能制造测试线的相关工作，参与多部印刷智能制造相关标准制定。2022 年， 方 略 MES 软 件 获 得中国印工协科学技术二等奖；2023年，悟略科技入选中宣部印刷业数字化发展改革试点单位。

智能工厂的软件构架，简化再简化之后还是会涉及到很多的软件产品。印刷行业是分散度比较高的行业，大部分是中小企业，未来中小企业的智能工厂怎么搞？我们认为，面向中小企业的智能工厂软件一体化是趋势，如从 ERP & MES 一体化到 ERP & MES & WMS 一体化，一体化的软件具有总体成本低、性能稳定、行业适应性强、维护成本低等特点。